CN1109088A - 一种填充型氟塑料复合密封垫片和垫圈 - Google Patents

Abstract

一种填充型氟塑料复合密封垫片和垫圈，主要用 于双极性压滤式电解槽及化工行业中其它类似环境 的密封技术领域。其特点是采用聚全氟乙丙烯或乙 烯与四氟乙烯的共聚物，加入聚四氟乙烯和无机纤维 混合物作为复合密封材料；经过热合模压成型的工艺 过程制成密封垫片或垫圈，具有热变形温度高、弹性 模量大、抗碱腐蚀能力强、密封性能好，使用寿命长的 优点，加工成品率提高20％左右，造价降低15％～ 20％。

Description

发明涉及一种填充型氟塑料复合密封垫片和垫圈，它采用氟塑料复合密封材料与石棉隔膜布经过热合模压的工艺过程制成密封垫片，或直接将密封材料在模具中热合模压成垫圈。本发明主要适用于双极性压滤式电解槽的密封，以保持槽体在100℃下，强碱介质，较高压力下不泄漏，满足工业水电解制氢（氧）装置的密封要求;也可用于其它类似环境下工业密封技术领域。

目前，国际工业用水电解制氢（氧）装置槽体的密封多采用单一的氟塑料（如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯）、石棉橡胶板或有机硅橡胶作为密封材料制成的垫片和垫圈。石棉橡胶板、有机硅橡胶类材料的垫片和垫圈，强度低、易老化，只能在低压和80℃以下的电解槽中使用，而且使用寿命短。如我国引进原苏联的常压电解槽的密封材料就是石棉橡胶板，它要求每年更换一次密封垫片。比利时较先进的IMET技术电解槽，工作压力0.5MPa，采用有机硅橡胶密封垫圈的形式进行密封，其使用寿命也仅半年至一年，就需要更换密封垫圈，给用户造成较大的人力物力的浪费。德国Lurgi公司的电解槽密封垫片采用单一氟塑料作为密封材料它也存在着强度低，弹性模量差，长时间工作运行易发生蠕变的缺点，需要定期紧固电解槽，否则就会产生泄漏现象。为了克服因垫片蠕变而产生的密封材料外逸问题，他们在槽体极框上设计了限位功能，这就给电解槽的加工制造带不了某些不便。同时，现行工业水电解制氢（氧）装置的密封垫片在成型加工过程中还常出现气泡、凹坑和裂纹现象，一般成品率仅为50%～60%，并且成型后还伴有收缩变形问题，直接影响到装置的产气纯度。

本发明的目的就是解决目前水电解制氢（氧）装置中槽体密封技术存在的不足而提供一种强度高、耐碱腐蚀、寿命长，在装置启动，停车及正常运行条件下长时期具有优良密封能力的密封垫片和垫圈。

本发明的目的可以通过以下技术方法实现。垫片（圈）的密封材料采用填充型氟塑料复合材料，其配比是：（1）以聚全氟乙丙烯或乙烯与四氟乙烯的共聚物为主要成份，占总料量的30%～90%;（2）加入聚四氟乙烯，占总料量的8%～50%;（3）加入无机纤维素，占总料量的2%～20%，无机纤维可以是碳纤维、钙镁硅酸盐和玻璃纤维的混合物;也可用其中的两种或一种;

密封垫片采用热合模压的工艺过程成型，根据电解槽体的尺寸和形状裁剪好石棉隔膜布置于能电加热的模具中，把按上述比例混合好的复合密封材料均匀地铺在模具内石棉布的周边，模具初步加压1.5MPa～3.0MPa，电加热使模具以每小时200℃～400℃的速度升温，当温度升到230℃～370℃时模具加压到15MPa～25MPa，持压半小时，水冷或自然冷却至室温，打开模具取出垫片即得。密封垫圈的制做，按上述相同的比例配好氟塑料复合材料直接均匀地铺在模具内，采用与制做垫片相同的压力、温度和冷却等工艺过程及参数，制做出填充型氟塑料复合密封垫圈。

无机纤维的加入，可改善密封垫片（圈）的物化性能。加入无机纤维的物种和比例较为灵活，加入几种或一种占密封材料占量2%～20%的无机纤维，都能制做出密封垫圈和垫片，但其性能有所差异。通过研究认为，加入无机纤维较理想的量是8%～12%，采用碳纤维、钙镁硅碳盐和玻璃纤维的混合形式，比例可各占三分之一。

本发明的目的还可以通过下面的技术方法来达到，密封材料利用如前所述的氟塑料复合材料，在制做工艺上采用先模压成型，再加温热合的过程分步进行。以15MPa～25MPa的压力将复合材料与石棉隔膜布在模具中模压成垫片，或直接采用复合材料模压成垫圈，然后脱模对垫片、垫圈加温热合，升温过程和温度参数，也是按每小时200℃～400℃升温，升至230℃～370℃，持温半小时，冷却即得。

本发明与现有技术相比，其优点主要是：（1）热变形温度、压缩强度和压缩弹性模量等主要性能指标均优于现有技术中同类产品指标，本发明密封垫片、垫圈用于水电解制氢（氧）装置长期使用不发生蠕要及泄漏现象。（2）产品加工合格率由现有技术中的50%～60%提高到70%～80%，而且造价降低了15%～20%。

下面是本发明的一个实施例。取聚全氟乙丙烯5份，聚四氟乙烯4份，钙镁硅酸盐。玻璃纤维和碳纤维按1∶1∶1的比例占总料量的1份，在混合器中搅动半小时，使其混合均匀，即为氟塑料复合材料。把石棉布剪为直径800mm的圆片，置于模具中，在模具内石棉布的周边均匀铺上1000g的复合密封材料。初步加压3.0MPa，接通电源使模具以每小时300℃的升温速度加热，当模具温度指示到350℃时，持温加压到23MPa，持压30分钟，关闭加热电源给模具通水降至室温，脱膜即为垫片。

下表是本发明实施例A测得性能参数与现有技术中单一的聚全氟乙丙烯密封垫片B的性能对比情况：

测试项目  A  B

热变形温度(℃)  71  85

球压痕强度(MPa)  21.6  28.5

压缩强度(MPa)  11  25

压缩弹性模量(MPa)  223  465

Claims (3)

1、一种填充型氟塑料复合密封垫片和垫圈，与目前的单一氟塑料或石棉橡胶板制成的密封垫片相比，其特征在于：

密封材料为填充型氟塑料复合材料，配方是以30%～90%的聚全氟乙丙烯或乙烯与四氟乙烯的共聚物为主要成份，加入8%～50%的聚四氟乙烯和2%～20%的无机纤维；

垫片和垫圈采用热合模压或先模压再热合的工艺成型，热合模压是根据电解槽体的尺寸和形状裁剪好石棉隔膜布置于能加热的模具中，把以上述比例混合好的复合密封材料均匀地铺在石棉布的周边，初步加压1.5MPa～3.0MPa，电加热使模具以每小时2000℃～400℃速度升温，当温度升到230℃～370℃时，加压到15MPa～25MPa，持压半小时，冷至室温，脱模即得垫片；垫圈的制做是直接将复合密封材料均匀地铺在模具内热合模压成型。

2、根据权利要求1所述的填充型氟塑料复合密封垫片和垫圈，其特征在于无机纤维可用碳纤维，钙镁硅酸盐和玻璃纤维，也可用其中的两种或一种。

3、根据权利要求1所述的填充型氟塑料复合密封垫片和垫圈，其特征在于成型工艺也可采用先模压成型再热合的过程分步进行，以15MPa～25MPa的压力将复合密封材料与石棉隔膜布模压成垫片或直接采用复合密封材料模压成垫圈，然后脱模对垫片、垫圈加温热合，升温过程和温度参数与权利要求1所述相同。